Procédé pour la production d'un mélange gazeux combustible. La présente invention se rapporte à un procédé pour la production d'un mélange ga zeux combustible, par projection, dans une chambre de combustion, de combustible et d'air.
Dans la présente description, le terme de combustible sera'employé pour désigner toutes les sortes de combustibles solides pulvérisés, tels que par exemple du charbon ou du coke réduit en poudre, ainsi que toutes les sortes de combustibles liquides, tels que par exem ple du pétrole brut, et tous les autres types de combustibles fluides, tels que, par exem ple, des mélanges colloïdaux de liquide et de combustible pulvérisé.
Il n'a pas été possible jusqu'ici d'éviter le dépôt, dans lesdites chambres de combus tion, de matières carbonées n'ayant pas été gazéifiées ou de cendres; on a cherché à prévenir ce dépôt en faisant régner, au point oit lé mélange du combustible et d'air com- rnence à se produire, une température suffi samment élevée pour que la combustion puisse commencer immédiatement, en main tenant la région adjacente à ce point à une température d'environ 600 C ou plus, et en obligeant les produits chauds de la combus tion à se mêler à l'air et au combustible qui entrent ou à agir thermiquement d'une autre façon sur ce combustible et cet air, celui-ci; arrivant au brûleur sous pression, ou les pro:
duits étant aspirés à la sortie de la chambre de combustion. Mais des expériences faites par l'inventeur ont montré que les difficul tés dues au dépôt dans les chambres de com bustion usuelles ne sont pas évitées par ce moyen, ou en choisissant une température plus ou moins élevée que celle indiquée ci- dessus. Elles ont en outre montré qu'avec des procédés dans lesquels une matière carbonée est projetée contre des surfaces chauffées, à l'intérieur d'une chambre de combustion, cette matière a tendance à s'agglomérer sur les surfaces avec lesquelles elle vient en con tact, ce qui-nuit à l'opération et peut même l'arrêter.
Au cours des susdites expériences, il a en outre été noté que cette tendance est sensible surtout sur les premières surfaces avec lesquelles la matière vient en contact, et en d'autres points où la vitesse du mé lange d'air et de combustible est insuffi sante. Ce dépôt est particulièrement marqué lorsqu'on emploie des chambres de combus tion ayant un tube intérieur à travers lequel le combustible et l'air sont projetés sur la plus grande partie de la longueur.
Dans des expériences faites avec un ap pareil dans lequel le combustible et l'air étaient injectés, et les produits de la. com bustion aspirés, on a éprouvé des difficultés à maintenir les conditions de réaction, à ef fectuer une réaction satisfaisante entre l'air et le combustible et à empêcher les dépôts carbonés.
Un dépôt pourrait être évité, dans le cas d'un combustible constitué par de l'huile, en s'arrangeant de manière que le combustible soit complètement gazéifié sans venir en con tact avec les surfaces intérieures de la cham bre. Mais pratiquement cela nécessiterait l'em ploi d'une chambre de combustion de grandes dimensions et le maintien dans cette cham bre d'une température élevée. Aussi, quand on désire traiter une quantité de combustible relativement grande, il est extrêmement dif ficile, sinon impossible, d'opérer de façon qu'une gazéification complète du combustible ait lieu sans que ce dernier vienne en con tact avec les surfaces intérieures de la cham bre de combustion.
Le procédé selon l'invention est caracté risé, d'une part, en ce qu'un combustible et de l'air sont projetés dans une chambre de combustion, de façon qu'un mouvement tour billonnant et rétrograde soit donné au mé lange pendant sa combustion dans ladite chambre de combustion, ledit mouvement obligeant le mélange et les particules so lides qu'il peut contenir à venir en contact avec au moins une surface de la chambre de combustion, d'autre part, en ce que la quan tité du mélange est telle que le volume et la quantité du mouvement des gaz produits par la combustion soient suffisants pour qu'il ne puisse se former un dépôt par gravité.
Le mouvement tourbillonnant peut être produit de différentes façons. Par exemple, un mouvement tourbillonnant vertical peut être obtenu en obligeant le courant d'air et de combustible entrant à diverger et à venir en contact avec les parois latérales du géné rateur, desquelles ledit courant, au cours de l'opération de la combustion, est renvoyé en tourbillonnant en arrière dans la direction de la paroi antérieure.
Il ne faut pas confondre le mouvement tourbillonnant produit conformément à l'in vention avec le tourbillonnement progressif en hélice ou tangentiel qui peut être com muniqué au combustible à son entrée dans la chambre de combustion, car ce tourbillon nement, à part le fait qu'il ne convient pas à lui seul pour atteindre le but de la pré sente invention, est utilisé uniquement dans le but d'augmenter le chemin effectif que le combustible parcourt dans la chambre de combustion.
Il est désirable que, dans le procédé selon l'invention, on amène le combustible à un état de grande désagrégation. Il résulte en effet d'expériences que la réduction des par ticules de combustible à des dimensions aussi faibles que possible avant qu'il soit soumis à la température nécessaire à la réaction a une importance beaucoup plus brande pour le bon fonctionnement que le maintien de hautes températures au point de mélange. Pour différents types de combustibles pul vérisés la finesse recommandée est celle des prescriptions usuelles, c'est-à-dire: 95 % pas sant cent mailles (par 6,43 Cm=) et 85 % pas sant deux cents mailles.
Dans le cas de com bustible liquide, tel que l'huile, le fait, qu'on transforme les particules liquides en un brouillard et qu'on en vaporise les consti tuants les plus volatil, facilite grandement la marche du procédé et en augmente le ren dement.
Le dessin annexé représente schématique ment, à titre d'exemple:, deux énérateurs se ]on l'invention, destinés, l'un" à brûler du combustible pulvérisé ou réduit en poudre, et l'autre à. brûler de l'huile ou d'autres combustible; liquides. Dans ces dessins: La fig. 1 est une coupe longitudinale du générateur destiné à brûler de l'huile ou d'autres combustibles liquides; La fig. 2 est une coupe semblable du générateur destiné à brûler des combustibles pulvérisés.
Le corps A du générateur est de section transversale circulaire, son diamètre interne étant de préférence égal à la moitié de la longueur intérieure; un injecteur 13 est dis posé coaxialement. Le combustible, au cours de la combustion, suit approximativement le chemin indiqué par les flèches: Il est pro jeté tout d'abord contre la surface latérale C de la chambre, dans la direction du fond et est renvoyé, au cours de la combustion, en tourbillonnant vers l'arrière, dans la di rection de la paroi antérieure E du généra teur, près de laquelle les gaz produits en tourent l'air et le combustible qui entrent;
ils agissent thermiquement sur ceux-ci, puis sortent par un orifice I' qui se trouve à angle droit par rapport à l'axe du générateur et dans la partie de ce dernier qui est la plus rapprochée du brûleur.
De plus, le combustible et l'air peuvent être introduits dans la chambre de combus tion en ayant déjà un mouvement tourbillon nant du type en hélice progressive, auquel cas un tel tourbillonnement peut être produit par l'une quelconque des méthodes usuelles connues.
Des moyens peuvent être prévus pour que la réaction continue au delà de la sortie, par exemple des conduits de matière réfractaire.
En opérant selon l'invention, on peut faire varier la température au point de mélange du combustible et de l'air conformément aux exigences ou au types d'appareils, ainsi -que la position du point où le mélange commence. L'un des deux constituants de la combustion ou les deux peuvent être chauffés préalable ment par des moyens appropriés et être amenés à une température quelconque désirée.
Un dispositif d'inflammation ou de chauffage pour le chauffage préliminaire de la chambre de combustion avant son emploi peut aussi être prévu; par exem ple une flamme veilleuse peut être utili sée pour allumer le combustible intro duit, ainsi que des moyens pour modifier la proportion et les quantités de combustible et d'air introduites, de façon qu'une com bustion complète ou pratiquement complète soit obtenue en vue d'un chauffage rapide de la chambre.
Tout autre moyen de chauffage prélimi naire de celle-ci peut être d'ailleurs utilisé, par exemple l'électricité, ou encore de l'huile substituée momentanément au combustible pulvérisé.
Aussitôt que la chambre a été amenée à une température de 600 C environ ou a une température plus élevée si on le désire, la proportion et les quantités d'air et de com bustible à convertir en un gaz permanent peuvent être modifiées en prévoyant des ré glages séparés pour chacun d'eux.
Si on le désire, une partie quelconque de la chaleur se trouvant dans les gaz non re froidis à la sortie de la chambre de combus tion peut être utilisée pour produire de la vapeur, ou encore pour surchauffer de la vapeur, ou pour chauffer préalablement le combustible, ou enfin pour être absorbée endothermiqucment dans une réaction entre de la vapeur d'eau et toute matière carbonée, que cette dernière soit contenue dans les gaz produits ou soit séparée de ces derniers;
par exemple de la vapeur d'eau peut être admise à la sortie des gaz ou à proximité de cette sortie et être soumise à une réaction avec les matières carbonées du fait de la chaleur des gaz dans lesquels elle est introduite et de la chaleur rayonnée par les parois réfrac taires adjacentes.
On pourrait encore prévoir des moyens quelconques pour enrichir le gaz produit en un point quelconque choisi à volonté par l'injection d'huile pulvérisée ou autrement, et pour fixer ensuite les gaz ou vapeurs ainsi produits.
Lorsque le procédé selon l'invention est appliqué à la production d'un gaz combus- tible permanent, la proportion d'air et de combustible peut être réglée pour qu'on ob tienne la quantité minimum d'anhydride car bonique et le pourcentage pratique le plus élevé d'oxyde de carbone, d'hydrogène et de gaz hydrocarburé.
Si on le désire, les gaz produits peuvent être soumis à un traitement ultérieur pour l'élimination des particules non gazeuses qui y sont mélangées, ce traitement pouvant avoir lieu par l'emploi de laveurs ou par précipi tation électrique ou au moyen de filtres sta tiques.
Lorsque le gaz produit doit être employé pour le chauffage de fours et de chaudières, et partout où un nettoyage préalable n'est pas essentiel, on peut l'utiliser directement et le soumettre à une combustion complète.
Pour certains buts et lorsqu'on utilise cer taines sortes de combustibles on peut au con traire trouver avantageux de n'opérer la vo- latilisation et la gazéification que d'une partie des constituants du combustible traité et de convertir le résidu en particules car bonées fixes et non gazeuses pour les récu pérer et les utiliser séparément. Lorsqu'on désire atteindre de tels buts, la vitesse du eourant, les températures, le mode d'extrac tion et d'autres caractères peuvent être ré glés à cet effet, mais à condition que la vi tesse d'écoulement des gaz ne soit pas réduite dans une mesure telle que le dépôt de matière provenant du combustible par gravité ait lieu dans la chambre de combustion.
Enfin, on peut prévoir des moyens pour réduire la température du courant de com bustible et de gaz une fois qu'il a passé la sortie d'un générateur. Dans ce mode d'opé ration, qui est particulièrement applicable à des matières telles que de l'huile combustible lourde, l'effet d'une telle réduction de tem pérature est d'éteindre les flammes de la combustion, et de maintenir en suspension à un état dans lequel elles n'ont pas réagi, les particules carbonées fixes dont il est fait mention plus haut. Dans ce cas, on peut prévoir des moyens pour séparer et extraire ces particules sous forme de noir de fumée constituant un sous- produit de valeur.
L'extraction peut être effec tuée à l'aide de tout type usuel d'appareil de filtration ou de précipitation. ' Le procédé selon l'invention peut être exécuté dans des appareils de petites dimen sions, et dans lesquels règne une haute tem pérature dès l'entrée du combustible et de l'air.
Process for the production of a combustible gas mixture. The present invention relates to a process for the production of a combustible gas mixture, by spraying, in a combustion chamber, of fuel and air.
In the present description, the term fuel will be used to designate all kinds of pulverized solid fuels, such as for example coal or powdered coke, as well as all kinds of liquid fuels, such as for example crude oil, and all other types of fluid fuels, such as, for example, colloidal mixtures of liquid and pulverized fuel.
It has not been possible hitherto to avoid the deposition, in said combustion chambers, of carbonaceous materials which have not been gasified or of ash; an attempt has been made to prevent this deposition by causing, at the point where the mixture of fuel and air begins to occur, a sufficiently high temperature for combustion to begin immediately, while maintaining the region adjacent to this. point at a temperature of about 600 C or more, and by causing the hot products of combustion to mix with the air and the fuel entering or to act thermally in some other way on this fuel and this air, this one; arriving at the burner under pressure, or the pro:
sucked from the outlet of the combustion chamber. However, experiments made by the inventor have shown that the difficulties due to deposition in the usual combustion chambers are not avoided by this means, or by choosing a temperature higher or lower than that indicated above. They have further shown that with processes in which a carbonaceous material is projected against heated surfaces, inside a combustion chamber, this material tends to agglomerate on the surfaces with which it comes into contact. tact, which interferes with the operation and may even stop it.
During the aforementioned experiments, it was further noted that this tendency is noticeable especially on the first surfaces with which the material comes into contact, and at other points where the speed of the mixture of air and fuel is insufficient. health. This deposition is particularly marked when employing combustion chambers having an inner tube through which fuel and air are thrown most of the length.
In experiments made with a device in which fuel and air were injected, and the products of. Aspirated combustion, difficulties have been experienced in maintaining the reaction conditions, in effecting a satisfactory reaction between the air and the fuel, and in preventing carbonaceous deposits.
A deposit could be avoided, in the case of a fuel consisting of oil, by arranging so that the fuel is completely gasified without coming into contact with the interior surfaces of the chamber. But in practice this would require the use of a large combustion chamber and the maintenance in this chamber of a high temperature. Also, when it is desired to treat a relatively large quantity of fuel, it is extremely difficult, if not impossible, to operate so that complete gasification of the fuel takes place without the latter coming into contact with the interior surfaces of the fuel tank. combustion chamber.
The method according to the invention is characterized, on the one hand, in that fuel and air are projected into a combustion chamber, so that a revolving and retrograde movement is given to the mixture during its combustion in said combustion chamber, said movement causing the mixture and the solid particles which it may contain to come into contact with at least one surface of the combustion chamber, on the other hand, in that the quantity of the mixture is such that the volume and quantity of movement of the gases produced by combustion are sufficient so that a deposit cannot be formed by gravity.
The whirling motion can be produced in different ways. For example, a vertical swirling motion can be obtained by causing the incoming air and fuel stream to diverge and come into contact with the side walls of the generator, from which said stream, during the combustion operation, is returned by swirling back in the direction of the anterior wall.
The swirling motion produced in accordance with the invention should not be confused with the progressive helical or tangential swirling which can be communicated to the fuel as it enters the combustion chamber, because this vortex, apart from the fact that it is not suitable on its own to achieve the object of the present invention, is used only for the purpose of increasing the effective path that the fuel travels in the combustion chamber.
It is desirable that, in the process according to the invention, the fuel is brought to a state of great disintegration. It results in fact from experiments that the reduction of the fuel particles to dimensions as small as possible before it is subjected to the temperature necessary for the reaction has a much greater importance for the good operation than the maintenance of high. temperatures at the mixing point. For different types of pulverized fuels, the recommended fineness is that of the usual prescriptions, that is to say: 95% not sant one hundred meshes (by 6.43 cm =) and 85% not sant two hundred meshes.
In the case of a liquid fuel, such as oil, the fact that the liquid particles are transformed into a mist and that the most volatile constituents are vaporized, greatly facilitates the operation of the process and increases its efficiency. yield.
The accompanying drawing shows schematically, by way of example:, two enerators according to the invention, one intended for burning pulverized or powdered fuel, and the other for burning oil. or other fuels; liquids. In these drawings: Fig. 1 is a longitudinal section of the generator intended to burn oil or other liquid fuels; Fig. 2 is a similar section of the generator intended to burn pulverized fuels.
The body A of the generator has a circular cross section, its internal diameter preferably being equal to half the internal length; an injector 13 is arranged coaxially. The fuel, during combustion, approximately follows the path indicated by the arrows: It is first thrown against the side surface C of the chamber, in the direction of the bottom and is returned, during combustion, by swirling backwards, in the direction of the anterior wall E of the generator, near which the gases produced turn the air and fuel which enter;
they act thermally on them, then exit through an orifice I 'which is at right angles to the axis of the generator and in the part of the latter which is closest to the burner.
In addition, fuel and air can be introduced into the combustion chamber already having a vortex movement of the progressive helical type, in which case such vortex can be produced by any of the usual known methods.
Means may be provided for the reaction to continue beyond the outlet, for example pipes of refractory material.
By operating according to the invention, the temperature at the point of mixing of fuel and air can be varied according to requirements or types of apparatus, as well as the position of the point where mixing begins. One or both of the combustion constituents can be preheated by suitable means and brought to any desired temperature.
An ignition or heating device for the preliminary heating of the combustion chamber before its use can also be provided; for example a pilot flame can be used to ignite the fuel introduced, as well as means for modifying the proportion and quantities of fuel and air introduced, so that complete or nearly complete combustion is obtained by view of rapid heating of the room.
Any other means of preliminary heating thereof can moreover be used, for example electricity, or alternatively oil temporarily substituted for the pulverized fuel.
As soon as the chamber has been brought to a temperature of about 600 C or higher if desired, the proportion and quantities of air and fuel to be converted into a permanent gas can be altered by providing for adjustments. separate glages for each of them.
If desired, any part of the heat in the uncooled gases leaving the combustion chamber can be used to generate steam, or to superheat steam, or to preheat the combustion chamber. fuel, or finally to be absorbed endothermiqucment in a reaction between water vapor and any carbonaceous material, whether the latter is contained in the gases produced or is separated from the latter;
for example water vapor can be admitted at the gas outlet or near this outlet and be subjected to a reaction with carbonaceous materials due to the heat of the gases into which it is introduced and the heat radiated by the adjacent refractory walls.
Any means could also be provided for enriching the gas produced at any point chosen at will by the injection of sprayed oil or otherwise, and then for fixing the gases or vapors thus produced.
When the process according to the invention is applied to the production of a permanent combustible gas, the proportion of air and fuel can be adjusted so that the minimum quantity of carbonic anhydride and the practical percentage are obtained. the higher of carbon monoxide, hydrogen and hydrocarbon gas.
If desired, the gases produced can be subjected to a subsequent treatment for the removal of the non-gaseous particles which are mixed therein, this treatment being able to take place by the use of scrubbers or by electric precipitation or by means of static filters. ticks.
When the gas produced is to be used for heating furnaces and boilers, and wherever prior cleaning is not essential, it can be used directly and subjected to complete combustion.
For certain purposes and when certain kinds of fuels are used, it may, on the contrary, be found advantageous to carry out the volatilization and gasification of only a part of the constituents of the treated fuel and to convert the residue into carbonated particles. fixed and non-carbonated to collect them and use them separately. When it is desired to achieve such goals, the velocity of the current, the temperatures, the mode of extraction and other characteristics can be adjusted for this purpose, but provided that the rate of flow of the gases is not not reduced to such an extent that the deposition of material from the fuel by gravity takes place in the combustion chamber.
Finally, it is possible to provide means for reducing the temperature of the stream of fuel and gas once it has passed the outlet of a generator. In this mode of operation, which is particularly applicable to materials such as heavy fuel oil, the effect of such a reduction in temperature is to extinguish the flames of combustion, and to keep in suspension in a state in which they have not reacted, the fixed carbonaceous particles mentioned above. In this case, means can be provided for separating and extracting these particles in the form of carbon black constituting a valuable by-product.
The extraction can be carried out using any conventional type of filtration or precipitation apparatus. The process according to the invention can be carried out in devices of small dimensions, and in which a high temperature prevails as soon as the fuel and air enter.